[发明专利]聚合物结构和性能的计算模拟方法

摘要

本发明公开聚合物结构和性能的计算模拟方法，建立单分散、粗粒化的聚合物模型，再对聚合物模型进行相应力场的设置，通过LAMMPS进行相应参数的设定，对模型进行相应的初始设定，对所建立的聚合物模型进行平衡，对所得平衡体系进行不同温度、应变速率下的单轴拉伸及应力松弛测试，输出形变过程中的应力、应变、体积等力学数据及其能量的变化。本发明运用LAMMPS软件，构建粗粒化聚合物模型，并进行了相应模拟，探究聚合物形变过程中结构与性能的关系，提供一种聚合物结构和性能的计算模拟方法，弥补传统实验方法在研究聚合物结构与性能关系上的不足，对聚合物形变过程中结构与能量的变化进行进一步的实时探究。

主权项

聚合物结构和性能的计算模拟方法，其特征在于，按照下述步骤进行：步骤1，建立单分散、粗粒化的聚合物模型，粒子位置由无规漫步产生，粒子初速度为零，键长1.54nm，键角109.5°；步骤2，对聚合物模型进行相应力场的设置：分子间作用力采用L‑J势，键长、键角、二面角采用相应能量势；具体力场设定公式如下所示，其中r_c表示截断力场，ε,K_b,K_θ,C_i表示力场参数；$E_{\mathrm{non}-\mathrm{bond}}\left(r\right)=\left\{\begin{array}{cc}4\mathrm{\ϵ}[{\left(\frac{\mathrm{\σ}}{r}\right)}^{12}-{\left(\frac{\mathrm{\σ}}{r}\right)}^6],& r\<r_c\\ 0,& r\≥r_c\end{array}\right.;$$E_{\mathrm{bond}}\left(r\right)=\frac{1}{2}{K}_b{(r-r_0)}^2;$$E_{\mathrm{angle}}\left(\mathrm{\θ}\right)=\frac{1}{2}{K}_{\mathrm{\θ}}{(\mathrm{\θ}-{\mathrm{\θ}}_0)}^2;$$E_{\mathrm{dihedral}}\left(\mathrm{\φ}\right)=\underset{i=0}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{C}_i{\left(\cos \mathrm{\φ}\right)}^i;$步骤3，通过LAMMPS进行相应参数的设定，对模型进行相应的初始设定：周期性边界条件，NPT、NVT系综，速度‑verlet积分算法，Nose‑Hoover温度控制法，Andersen等压控制法；其中设定边界条件为周期性边界条件，四次平衡设定为第一次为Langevin运动，第二次到第三次设定为NPT系综，松弛实验再加NVT系综，数据积分算法我们设定为速度‑verlet算法，温度控制方法采用Nose‑Hoove等温控制法，压力控制方法采用Andersen等压控制法；步骤4，对所建立的聚合物模型进行平衡，依次进行500K下Langevin运动100ps，500K下NPT运动500ps，500K降温到实验温度过程中NPT运动500ps，实验温度下NPT运动500ps，使模型达到平衡状态；步骤5，对所得平衡体系进行不同温度、应变速率下的单轴拉伸及应力松弛测试，输出形变过程中的应力、应变、体积等力学数据及其能量的变化。